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Dokumentenidentifikation DE10355052A1 17.02.2005
Titel Stabilitätsbestimmung von Schiffen
Anmelder Dallach, Gert, Dr.-Ing., 18059 Rostock, DE;
Rohde, Helmut, Dipl.-Ing., 22559 Hamburg, DE;
Münch, Rolf, Dipl.-Ing., 18069 Rostock, DE
Erfinder Dallach, Gert, Dr.-Ing., 18059 Rostock, DE;
Rohde, Helmut, Dipl.-Ing., 22559 Hamburg, DE;
Münch, Rolf, Dipl.-Ing., 18069 Rostock, DE
DE-Anmeldedatum 25.11.2003
DE-Aktenzeichen 10355052
Offenlegungstag 17.02.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.02.2005
IPC-Hauptklasse B63B 39/14
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Stabilitätsparameters "Hebelarm von Schiffen" im laufenden Schiffsbetrieb. Dabei wird kontinuierlich durch die Messung der Rollwinkelbeschleunigung und des Rollwinkels während der Fahrt des Schiffes der Hebelarm der statischen Stabilität ermittelt. Daraus wird das vorhandene Stabilitätsmoment berechnet und gespeichert sowie ständig zur Kontrolle in einem Anzeigegerät angezeigt und mit einem Grenzwert verglichen. Dieses Verfahren dient zur laufenden Überwachung der statischen Stabilität von Schiffen im Schifffahrtsbetrieb, insbesondere bei Schiffen, die der Gefahr des parametrischen Rollens ausgesetzt sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur laufenden Überwachung der statischen Stabilität von Schiffen im Schiffsbetrieb, insbesondere bei Schiffen, die der Gefahr des parametrischen Rollens ausgesetzt sind. Die Stabilität eines Schiffes bei auftretenden Neigungen ist gegeben durch ein aufrichtendes Moment, bestimmt durch die Schiffsmasse multipliziert mit einen Hebelarm. Dieser Hebelarm der Stabilität ergibt sich aus dern Abstand der beiden Vertikalen durch den Verdrängungsschwerpunkt und den Masseschwerpunkt des Schiffes.

Schiffe erhalten beim Entwurf eine derartige Formgebung, daß durch normale äußere Belastungen im Seegang ein Kentern ausgeschlossen ist.

Bei bestimmten Schiffsgrößen, die mit den Wellenlängen korrespondieren, kann in von vorn oder von achtern anlaufenden Wellen ein Zustand auftreten, bei dem der Hebelarm der Stabilität sehr klein, zu Null oder sogar negativ wird. Damit verschwindet das aufrichtende stabilisierende Moment für eine kurze Zeit, die ausreicht, um durch geringe seitliche Kräfte hohe Winkelbeschleunigungen (Rollbeschleunigungen) und große Neigungswinkel um die Schiffslängsachse zu erzeugen. Bei zyklischem Auftreten besteht die Gefahr der parametrischen Resonanz und des Kenterns.

Beeinflusst wird dieses Verhalten des Schiffes auch durch die Form von Vor- und Hinterschiff verbunden mit Stampfbewegungen.

Diese Gefahr des parametrischen Rollens kann durch das Aufbringen eines zusätzlichen Momentes am Schiff verhindert werden. Dabei ist ein verhältnismäßig geringes Gegenmoment erforderlich, da das gefährliche krängende Moment wegen des auftretenden geringen aufrichtenden Hebelarms der Stabilität ebenfalls verhältnismäßig klein ist. Dieses Gegenmoment kann beispielsweise durch Rolldämpfungstanks erzeugt werden, die rechtzeitig aktiviert werden müssen. Dazu ist es notwendig, die mögliche Gefahr des parametrischen Rollens kurzfristig zu erkennen.

Das soll erfindungsgemäß aus dem Rollverhalten des Schiffes bestimmt werden.

Für das Rollverhalten des Schiffes gilt die allgemeine Bewegungsgleichung für Drehbewegungen: M = J·d2&phgr;/dt2. M ist das resultierende Moment, J das Massenträgheitsmoment des Schiffes um seine Längsachse und d2&phgr;/dt2 die Dreh- oder Rollbeschleunigung.

Das Moment setzt sich zusammen aus dem Moment der äußeren Kräfte, dem Stabilitätsmoment und dem Dämpfungsmoment.

Charakteristisch für die Drehbewegung ist die Winkelbeschleunigung. Rollt das Schiff in Eigenperiode, dann ergeben sich zugehörige Rollbeschleunigungen. Sie folgen als harmonische Schwingungsbewegungen einer Sinusfunktionen mit der maximalen Beschleunigung bei dem Nulldurchgang der Winkelgeschwindigkeit, d.h. bei der Umkehr der Geschwindigkeit, bei der gleichzeitig der größte Rollwinkel auftritt. Für diesen Fall der Eigenschwingung lässt sich der Verlauf der Beschleunigung und deren Maximalwert ermitteln. Beide ergeben sich aus den charakteristischen Schiffsdaten.

Fremderregte Rollbewegungen des Schiffes folgen normal dem Seegang und haben dann Bewegungsperioden, die länger sind, als die Eigenperiode oder wenig kürzer. Die dabei auftretenden Winkelgeschwindigkeiten und Winkelbeschleunigungen liegen in einem Bandbreitenbereich zu den Bewegungen bei Eigenfrequenz des Schiffes

Im Fall des parametrischen Rollens liegt Fremderregung mit sehr kurzer Rollperiode vor, bei der hohe Winkelbeschleunigungen auftreten.

Der Verlauf der Winkelbeschleunigung für den Eigenschwingungszustand, d.h. für die Bewegung in Eigenfrequenz, kann aus den Schiffsdaten zu Beginn der Reise bestimmt werden und ist damit eine vorgegebene Kurve. Da der Eigenschwingungszustand durch die Masse des Schiffes beeinflusst wird, ergeben sich in Wirklichkeit eine Reihe von Kurven, die vom Betriebszustand, z.B. von der Beladung des Schiffes abhängen. 1.

Fremderregte Schwingungen durch Wellen im Seegang, die von der Eigenfrequenz abweichen, sind bei Winkelbeschleunigungen mit einer einseitigen Bandbreite bzw. Sicherheitsgrenze von beispielsweise angenommen +50 Prozent zur Winkelbeschleunigung infolge Eigenfrequenz ungefährlich. 1. Tritt eine darüber hinausgehende Winkelbeschleunigung auf, dann muß mit der Gefahr des parametrischen Rollens gerechnet werden und dann sind an Bord des Schiffes entsprechende Maßnahmen zu ergreifen, um größere Schäden von Schiff oder Ladung durch Massenkräfte zu vermeiden, wie beispielsweise die Aktivierung von Rolldämpfungstanks.

Erfindungsgemäß ist daher eine ständige Messung der Rollwinkelbeschleunigung des Schiffes und damit verbunden der Vergleich mit vorgegebenen zulässigen Werten erforderlich. Zusätzlich ist der Rollwinkel des Schiffes zu messen, um die Richtung der Bewegung zu bestimmen und die Aktivierung der richtigen Tanks gegen die Rollbewegung, d.h. die Erzeugung des stabilisierenden Moments an der richtigen Schiffsseite, zu erreichen.

Bekannt sind Verfahren zur Steuerung von Rolldämpfungstanks, bei denen unter Nutzung der gemessenen Rollwinkel, Rollwinkelgeschwindigkeit und Rollwinkelbeschleunigung die Steuerung von Rolldämpfungstanks im laufenden Betrieb erfolgt. Aus den Messwerten sind Programme entwickelt worden, nach denen die Öffnungs- und Schließzeiten der Betätigungseinrichtungen von Rolldämpfungssystemen gesteuert werden (Deutsches Patent Nr. 768046, Deutsches Patent Nr. 1904401, Patent der DDR Nr. 245107 A3).

Bekannt sind weiter Verfahren zur Bestimmung der Stabilität von beladenen Schiffen, bei denen auf dem Schiff durch geeignete Maßnahmen ein Krängungsmoment und damit ein Neigungswinkel erzeugt wird und daraus die Schiffsstabilität ermittelt wird. Die Anwendung des Verfahrens erfolgt im Ruhezustand des Schiffes (Deutsches Patent Nr. 4002028, GB-PS 2179479, WO 86/02383).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch ständige Überwachung der Rollwinkelbeschleunigung eines Schiffes während der Fahrt und den Vergleich mit vorgegebenen schiffstypischen Werten die Gefahr des parametrischen Rollens zu erkennen, um sie für Gegenmaßnahmen zu nutzen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Ermittlung der Schiffsstabilität im laufenden Schiffsbetrieb, wobei die Stabilität charakterisiert ist durch die Rollwinkelbeschleunigung (d2&phgr;/dt2) des Schiffes um die Längsachse, dadurch gekennzeichnet, daß laufend die Werte der Rollwinkelbeschleunigung (d2&phgr;/dt2) des Schiffes mit bekannten Methoden gemessenen und errechnet werden und als Kurvendiagramm angezeigt werden.
  2. Verfahren zur Ermittlung der Schiffsstabilität im laufenden Schiffsbetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kurvendiagramm der Rollwinkelbeschleunigung (d2&phgr;/dt2) des Schiffes für den vorhandenen Betriebszustand im glatten Wasser angezeigt wird.
  3. Verfahren zur Ermittlung der Schiffsstabilität im laufenden Schiffsbetrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvendiagramm der Rollwinkelbeschleunigung (d2&phgr;/dt2) des Schiffes für den vorhandenen Betriebszustand im glatten Wasser in einem schiffstypischen Bandbreitenbereich und Grenzwert liegt und angezeigt wird.
  4. Verfahren zur Ermittlung der Schiffsstabilität im laufenden Schiffsbetrieb nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nach Anspruch 1 ermittelte Kurvendiagramm der Rollwinkelbeschleunigung (d2&phgr;/dt2) des Schiffes mit dem Kurvendiagramm der Rollwinkelbeschleunigung (d2&phgr;/dt2) für den vorhandenen Betriebszustand im glatten Wasser mit dem schiffstypischen Bandbreitenbereich nach Anspruch 2 und 3 verglichen wird.
  5. Verfahren zur Ermittlung der Schiffsstabilität im laufenden Schiffsbetrieb nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das nach Anspruch 1 ermittelte Kurvendiagramm der Rollwinkelbeschleunigung (d2&phgr;/dt2) des Schiffes außerhalb des Kurvendiagramms für den Betriebszustand im glatten Wasser mit dem schiffstypischen Bandbreitenbereich und Grenzwert liegt, ein Alarm ausgelöst wird und eine vorhandene Rolldämpfungsanlage aktiviert wird.
  6. Verfahren zur Ermittlung der Schiffsstabilität im laufenden Schiffsbetrieb nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß, gleichzeitig mit der Rollwinkelbeschleunigung (d2&phgr;/dt2) des Schiffes der Rollwinkel (&phgr;) gemessen wird und daß der gemessene Rollwinkel die Richtung der zu aktivierenden Rolldämpfungsanlage bestimmt.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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